CN102162741B - 用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置 - Google Patents
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Abstract
一种传感器技术领域的用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置，包括：刚性框架以及设置于其内部的磁致伸缩材料体、压电传感器、导磁部件和回旋机芯，两个压电传感器分别设置于刚性框架的两端，两个导磁部件分别与各自对应的压电传感器相接触，磁致伸缩材料体分别与两个导磁部件相接触，回旋机芯转动设置于刚性框架内部并正对磁致伸缩材料体。本发明其结构紧凑、结构强度高，无需外接电源的情况下可方便获得传感电信号，该信号与被检测机构的旋转运动具有直接对应关系，传感信号灵敏、精确。作为传感部件，其结构简单，方便在旋转机械装置中集成使用，特别适合于与精密马达驱动转轴集成应用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种传感器技术领域的装置，具体是一种用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置。
背景技术
传统方式的位移传感器多采用电感、电容或激光传感，系统软硬件组成复杂应用环境条件要求高，如Keyence LK系列传感器。并且，由于对回转机构的旋转状态下有缆信号的传输和检测的复杂性，使得传统的传感装置以检测直线位移为主，制造直接用于测量回转机械的转动状态，如精确的转角、转速等的传感装置或器件较困难。因此，研制性能可靠、体积紧凑、灵敏度高适合于旋转机械，相对旋转部件无缆信号传输功能的传感器件十分必要。
经过对现有技术的检索发现，中国专利公开号CN87100356，公开日1987.07.29记载了一种“磁旋转传感器”。该磁旋转传感器带有磁鼓，上面有磁性记录的代表分立位置的代码，它们是通过将磁鼓的一次旋转分割为预置份数而获得的。在由代码确定的相邻分立位置之间的间隔内进行内插，内插信号参照一个正弦波信号和一个余弦波信号产生；后两个信号是由附加记录在磁鼓上的磁信号产生，周期与间隔相对应。这种磁旋转传感器，它能确定旋转物体的旋转位置，有高分辨能力，不增加旋转磁鼓的体积。该传感器可以用于确定旋转物体的绝对旋转位置，性能优良。
但是该现有技术存在明显缺陷。首先，制造实现困难。该传感器需要配合其旋转装置在旋转方向分割出多路磁道，这样的装置结构对磁道分割技术和分割精度要求很高，否则无法实现精密传感。其次，要通过较复杂的机制和算法实现传感信号的识取和组合分析。如其需要在磁道中按照预置的码型记录磁信号以在与旋转装置的旋转方向垂直的方向上形成代码。另外，该装置的组成和结构较复杂，必须由多个磁传感单元组成，这些单元要求分别与旋转装置中的相应磁道相对并检测磁道中记录的磁信号，以产生对应于代码的信号。传感单元与相应磁道的相对位置的准确定位的实现相当困哪，并且多传感单元信号的识取和组合分析复杂，后处理算法和硬件设备要求高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置，其结构简单、紧凑、结构强度高，无需外接电源的情况下可方便获得传感电信号，该信号与被检测机构的旋转运动具有直接对应关系，传感信号无需特殊算法处理，信号灵敏、精确。作为传感部件，其结构简单，方便在旋转机械装置中集成使用，特别适合于与精密马达驱动转轴集成应用。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：刚性框架以及设置于其内部的磁致伸缩材料体、压电传感器、导磁部件和回旋机芯，其中：两个压电传感器分别设置于刚性框架的两端，两个导磁部件分别与各自对应的压电传感器相接触，磁致伸缩材料体分别与两个导磁部件相接触，回旋机芯转动设置于刚性框架内部并正对磁致伸缩材料体。
所述的磁致伸缩材料体的变形方向与压电传感器的受力方向一致；
所述的回旋机芯为以下三种结构形式中的任意一种：
a)回旋机芯包括：回转永磁体和与之固定连接的转动导向支撑部件，转动导向支撑部件的两端分别转动设置于刚性框架上，实现与回转永磁体始终保持一致转动；
b)回旋机芯包括：旋转永磁体、转动导向支撑部件和位移输出部件，其中：旋转永磁体与转动导向支撑部件固定连接，转动导向支撑部件转动设置于位移输出部件，该位移输出部件的两端分别固定设置于刚性框架上或导磁部件上，转动导向支撑部件作为旋转永磁体旋转的转轴；
所述的旋转永磁体的磁极方向在旋转永磁体的长度方向上。
c)回旋机芯包括：一个永磁伸缩体以及两个分别设置于其两端的永磁体，其中：两个永磁体分别正对两个导磁部件。
所述的磁致伸缩体是一种当受到外部磁场激励情况下可以产生变形，并且该变形的程度随外部磁场强度成正比的材料体或装置，如用TeDyFe材料体或磁致伸缩驱动器制成。
所述的压电传感器为一种能够将力转换成电磁信号的换能材料或机构或装置，如采用石英晶体材料或压电陶瓷堆片(PZT材料)制成的传感器。
当磁致伸缩材料题与压电传感器刚性框架中时，当永磁体随转动导向支撑部件旋转由远靠近磁致伸缩体或导磁部件，或旋转磁极靠近导磁部件，虽然回转永磁体的自身磁场强度不变，但随着回转永磁体或磁极相对磁致伸缩材料体或导磁部件的靠近，磁致伸缩材料体所能感受到的磁场强度会越来越强，从而其量越来越大，但此伸长量会受到被卡紧的压电传感器阻碍，致使磁致伸缩材料体对压电材传感器施加压力，产生电信号，并且该信号的大小与磁致伸缩材料体感受到的外部激励强度，即回转永磁体靠近或回转永磁体磁极靠近的程度，也就是回转永磁体旋转的角度成对应关系。所以通过检测压电传感器产生的电信号强度，可以检测到回转永磁体旋转的角度。所以相对回转永磁体的转动检测，所发明装置是一种旋转角度传感装置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、实现了方便检测旋转机械的转动状态的传感器；2、传感器结构简单，组成部件少，体积较小、并且安装方便。
基于以上优点，本发明的永磁旋转传感装置，特别适合制成与旋转机械、马达匹配的转动检测传感装置。
附图说明
图1为实施例1结构示意图。
图2为实施例2结构示意图。
图3为实施例3结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：刚性框架1、磁致伸缩材料体2、压电传感器3、回转永磁体4、导磁部件5、转动导向支撑部件6，其中：磁致伸缩材料体2与压电传感器3固连，磁致伸缩材料体2变形方向与压电传感器3要求受力方向一致；磁致伸缩材料体2与压电传感器3一同初始卡紧装配在刚性框架1中。回转永磁体4与转动导向支撑部件6固连，转动导向支撑部件6带动回转永磁体4始终保持一致转动。一个或一对导磁部件5与磁致伸缩材料体2的上下两端连接，回转永磁体4回、旋转过程中的磁场通过导磁部件5引入磁致伸缩材料体2中，整个结构如图1所示。
对于如图1所示的机构，处于刚性框架1中的磁致伸缩材料体2与压电传感器3初始卡紧，当回转永磁体4随转动导向支撑部件6旋转由远靠近磁致伸缩体2和导磁部件5，磁致伸缩材料体2所能感受到的磁场强度会越来越强，而逐渐伸长，对压电材传感器3施加压力，产生电信号，通过检测该电信号强度，可知回转永磁体4旋转的角度，至此，实现检测回转角度功能的传感装置。
实施例2
如图2所示，本实施例中采用旋转永磁体4替代回转永磁体4，转动导向支撑部件6为支撑旋转的旋转永磁体4旋转的转轴。并且旋转永磁体4的磁极方向在旋转永磁体4的长度方向上。在此种结构下，转动导向支撑部件6即转轴的转动过程中可以实现旋转永磁体4的磁极靠近或远离导磁部件5的过程，从而产生对磁致伸缩体2激励磁场的强弱变化，从而使压电传感器3产生对应于磁场强度即旋转永磁体4或转轴旋转角度的电信号。至此，实现转轴旋转角度传感功能。
另外，在该实施例中，与旋转永磁体4可以配合放置位移输出部件7，永磁体4和位移输出部件7相接触，并可相对滑/滚动，位移输出部件7与导磁部件5接触滑动，则在旋转永磁体4转动的时，位移输出部件7可以被推动产生位移，该位移和旋转永磁体4的旋转角度有对应关系，从而可以与压电传感器3相应产生的电信号有对应关系。所以基于该结构的传感器也可以实现位移传感。
实施例3
如图3所示，本实施例中采用一个带有永磁体的永磁伸缩体8替代回旋机芯，该永磁伸缩体8可以产生伸缩，而使其上的永磁体靠近或远离导磁部件5，从而使磁致伸缩体2感受到磁场强度变化，而致使压电传感器产生对应电信号，实现该永磁伸缩体8伸缩位移量的传感。
Claims (3)
1.一种用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置，其特征在于，包括：刚性框架以及设置与其内部的磁致伸缩材料体、压电传感器、导磁部件和回旋机芯，其中：两个压电传感器分别设置于刚性框架的两端，两个导磁部件分别与各自对应的压电传感器相接触，磁致伸缩材料体分别与两个导磁部件相接触，磁致伸缩材料体的变形方向与压电传感器的受力方向一致，回旋机芯转动设置于刚性框架内部并正对磁致伸缩材料体。
2.根据权利要求1所述的用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置，其特征是，所述的回旋机芯为以下两种结构形式中的任意一种：
a)回旋机芯包括：回转永磁体和与之固定连接的转动导向支撑部件，转动导向支撑部件的两端分别转动设置于刚性框架上，实现与回转永磁体始终保持一致转动；
b)回旋机芯包括：旋转永磁体、转动导向支撑部件和位移输出部件，其中：旋转永磁体与转动导向支撑部件固定连接，转动导向支撑部件转动设置于位移输出部件，该位移输出部件的两端分别固定设置于刚性框架上或导磁部件上，转动导向支撑部件作为旋转永磁体旋转的转轴。
3.根据权利要求2所述的用于检测旋转机械运动状态的永磁旋转传感装置，其特征是，所述的旋转永磁体的磁极方向在旋转永磁体的长度方向上。
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